JP5910808B2 - Optical module and atomic oscillator for an atomic oscillator - Google Patents

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    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks

Description

本発明は、原子発振器用の光学モジュールおよび原子発振器に関する。   The present invention relates to an optical module for an atomic oscillator and an atomic oscillator.

近年、量子干渉効果のひとつであるＣＰＴ（Coherent Population Trapping）を利用した原子発振器が提案され、装置の小型化や低消費電力化が期待されている。ＣＰＴを利用した原子発振器は、アルカリ金属原子に互いに波長（周波数）の異なる２つの共鳴光を同時に照射すると、２つの共鳴光の吸収が停止する現象（ＥＩＴ現象：Electromagnetically Induced Transparency）を利用した発振器である。例えば、特許文献１には、ＣＰＴを利用した原子発振器として、コヒーレントな光を発する光源と、アルカリ金属原子が封入されたガスセルと、ガスセルを透過した光の強度を検出する受光素子と、を有する光学モジュールを含んで構成された原子発振器が記載されている。   In recent years, atomic oscillators using CPT (Coherent Population Trapping), which is one of the quantum interference effects, have been proposed, and miniaturization of devices and low power consumption are expected. An atomic oscillator using a CPT is an oscillator using a phenomenon (EIT phenomenon: Electromagnetically Induced Transparency) in which absorption of two resonance lights is stopped simultaneously when two resonance lights having different wavelengths (frequencies) are simultaneously irradiated onto an alkali metal atom. It is. For example, Patent Document 1 includes, as an atomic oscillator using CPT, a light source that emits coherent light, a gas cell in which alkali metal atoms are sealed, and a light receiving element that detects the intensity of light transmitted through the gas cell. An atomic oscillator configured to include an optical module is described.

ＣＰＴを利用した原子発振器では、例えば、光源として半導体レーザーが用いられる。光源として半導体レーザーを用いた原子発振器では、例えば、半導体レーザーの駆動電流を変調することによって半導体レーザーから出射される光に側帯波を発生させて、ＥＩＴ現象を発現させている。   In an atomic oscillator using CPT, for example, a semiconductor laser is used as a light source. In an atomic oscillator using a semiconductor laser as a light source, for example, a sideband is generated in the light emitted from the semiconductor laser by modulating the driving current of the semiconductor laser, thereby causing the EIT phenomenon.

特開２００９−８９１１６号公報JP 2009-89116 A

しかしながら、駆動電流が変調された半導体レーザーから出射される光には、側帯波だけでなく、ＥＩＴ現象に寄与しない中心波長を有する基本波（搬送波）も含まれる。この基本波がアルカリ金属原子に照射されると、アルカリ金属原子が吸収する光の波長（周波数）が変化して（ＡＣシュタルク効果）、原子発振器の周波数の安定度を低下させる場合がある。   However, the light emitted from the semiconductor laser whose drive current is modulated includes not only the sideband wave but also a fundamental wave (carrier wave) having a center wavelength that does not contribute to the EIT phenomenon. When the alkali metal atom is irradiated with this fundamental wave, the wavelength (frequency) of the light absorbed by the alkali metal atom changes (AC Stark effect), which may reduce the frequency stability of the atomic oscillator.

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、周波数安定度の高い原子発振器を得ることが可能な原子発振器用の光学モジュールを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記原子発振器用の光学モジュールを有する原子発振器を提供することにある。   One of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide an optical module for an atomic oscillator capable of obtaining an atomic oscillator with high frequency stability. Another object of some aspects of the present invention is to provide an atomic oscillator having the optical module for the atomic oscillator.

本発明に係る原子発振器用の光学モジュールは、
量子干渉効果を利用する原子発振器用の光学モジュールであって、
所定の波長を有する基本波、当該基本波の側帯波、を含む光を出射する光源と、
前記光源からの光が入射し、当該入射した光のうち前記側帯波を透過させる波長選択部と、
アルカリ金属ガスを封入し、前記波長選択部を透過した光が照射されるガスセルと、
前記ガスセルに照射された光のうち前記ガスセルを透過した光の強度を検出する光検出部と、
を含み、
前記波長選択部は、
ファイバーブラッググレーティングと、
前記ファイバーブラッググレーティングの温度を制御する温度制御部と、
を有する。 An optical module for an atomic oscillator according to the present invention,
An optical module for an atomic oscillator using the quantum interference effect,
A light source that emits light including a fundamental wave having a predetermined wavelength, and a sideband of the fundamental wave;
A wavelength selection unit that receives light from the light source and transmits the sideband of the incident light;
A gas cell in which an alkali metal gas is sealed and irradiated with light transmitted through the wavelength selection unit;
A light detector for detecting the intensity of light transmitted through the gas cell among the light irradiated to the gas cell;
Including
The wavelength selector is
With fiber Bragg grating,
A temperature control unit for controlling the temperature of the fiber Bragg grating;
Have

このような原子発振器用の光学モジュールによれば、波長選択部が、光源からの光に含まれる基本波の強度を減少または基本波を消滅させることができる。これにより、ＥＩＴ現象に寄与しない基本波がアルカリ金属原子に照射されることを抑制または防止できる。したがって、ＡＣシュタルク効果による周波数変動を抑制することができ、周波数安定度の高い発振器を提供できる。さらに、波長選択部が、ファイバーブラッググレーティングの温度を制御するための温度制御部を有しているため、熱光学効果によってファイバーグレーティングの波長選択特性（ファイバーグレーティングが選択する波長範囲）を変化させることができる。これにより、波長選択部は、製造誤差や環境変化等によるファイバーブラッググレーティングの波長選択特性のずれを補正することができる。   According to such an optical module for an atomic oscillator, the wavelength selection unit can reduce the intensity of the fundamental wave included in the light from the light source or eliminate the fundamental wave. Thereby, it can suppress or prevent that the fundamental wave which does not contribute to an EIT phenomenon is irradiated to an alkali metal atom. Therefore, frequency fluctuation due to the AC Stark effect can be suppressed, and an oscillator with high frequency stability can be provided. Furthermore, since the wavelength selection unit has a temperature control unit for controlling the temperature of the fiber Bragg grating, the wavelength selection characteristic of the fiber grating (the wavelength range selected by the fiber grating) can be changed by the thermo-optic effect. Can do. Thereby, the wavelength selection part can correct | amend the shift | offset | difference of the wavelength selection characteristic of a fiber Bragg grating by a manufacturing error, an environmental change, etc.

本発明に係る原子発振器用の光学モジュールにおいて、
前記温度制御部は、所定の抵抗値を示す抵抗体を有し、
前記抵抗体に流す電流を制御することにより、前記ファイバーブラッググレーティングの温度を制御することができる。 In the optical module for an atomic oscillator according to the present invention,
The temperature control unit has a resistor showing a predetermined resistance value,
By controlling the current flowing through the resistor, the temperature of the fiber Bragg grating can be controlled.

このような原子発振器用の光学モジュールによれば、波長選択部を簡易な構成とすることができる。   According to such an optical module for an atomic oscillator, the wavelength selection unit can have a simple configuration.

本発明に係る原子発振器用の光学モジュールにおいて、
前記光源は、面発光型レーザーであることができる。 In the optical module for an atomic oscillator according to the present invention,
The light source may be a surface emitting laser.

このような原子発振器用の光学モジュールによれば、面発光型レーザーは、端面発光型レーザーと比べて、ゲインを生じさせるための電流が少ないため、低消費電力化を図ることができる。   According to such an optical module for an atomic oscillator, the surface-emitting laser has a smaller current for generating a gain than the edge-emitting laser, so that the power consumption can be reduced.

本発明に係る原子発振器用の光学モジュールにおいて、
前記光源から出射された光を、前記ファイバーブラッググレーティングに入射させる光学素子を有することができる。 In the optical module for an atomic oscillator according to the present invention,
The optical element which makes the light radiate | emitted from the said light source inject into the said fiber Bragg grating can be provided.

このような原子発振器用の光学モジュールによれば、光源から出射された光を、効率よくファイバーブラッググレーティングに導くことができる。   According to such an optical module for an atomic oscillator, light emitted from the light source can be efficiently guided to the fiber Bragg grating.

本発明に係る原子発振器は、
本発明に係る原子発振器用の光学モジュールを含む。 The atomic oscillator according to the present invention is
An optical module for an atomic oscillator according to the present invention is included.

このような原子発振器は、本発明に係る原子発振器用の光学モジュールを含むため、ＡＣシュタルク効果による周波数変動を抑制することができ、周波数安定度を高めることができる。   Since such an atomic oscillator includes the optical module for an atomic oscillator according to the present invention, frequency fluctuation due to the AC Stark effect can be suppressed and frequency stability can be increased.

本発明に係る原子発振器は、
量子干渉効果を利用する原子発振器であって、
所定の波長を有する基本波、当該基本波の側帯波、を含む光を出射する光源と、
前記光源からの光が入射し、当該入射した光のうち前記側帯波を透過させる波長選択部と、
アルカリ金属ガスを封入し、前記波長選択部を透過した光が照射されるガスセルと、
前記ガスセルに照射された光のうち前記ガスセルを透過した光の強度を検出する光検出部と、
を含み、
前記波長選択部は、
ファイバーブラッググレーティングと、
前記ファイバーブラッググレーティングの温度を制御する温度制御部と、
を有する。 The atomic oscillator according to the present invention is
An atomic oscillator that uses the quantum interference effect,
A light source that emits light including a fundamental wave having a predetermined wavelength, and a sideband of the fundamental wave;
A wavelength selection unit that receives light from the light source and transmits the sideband of the incident light;
A gas cell in which an alkali metal gas is sealed and irradiated with light transmitted through the wavelength selection unit;
A light detector for detecting the intensity of light transmitted through the gas cell among the light irradiated to the gas cell;
Including
The wavelength selector is
With fiber Bragg grating,
A temperature control unit for controlling the temperature of the fiber Bragg grating;
Have

このような原子発振器によれば、波長選択部が、光源からの光に含まれる基本波の強度を減少または基本波を消滅させることができる。これにより、ＥＩＴ現象に寄与しない基本波がアルカリ金属原子に照射されることを抑制または防止できる。したがって、ＡＣシュタルク効果による周波数変動を抑制することができ、周波数安定度の高い発振器を提供できる。さらに、波長選択部が、ファイバーブラッググレーティングの温度を制御するための温度制御部を有しているため、熱光学効果によってファイバーブラッググレーティングの波長選択特性（ファイバーブラッググレーティングが選択する波長範囲）を変化させることができる。これにより、波長選択部は、製造誤差や環境変化等によるファイバーブラッググレーティングの波長選択特性のずれを補正することができる。   According to such an atomic oscillator, the wavelength selection unit can reduce the intensity of the fundamental wave included in the light from the light source or eliminate the fundamental wave. Thereby, it can suppress or prevent that the fundamental wave which does not contribute to an EIT phenomenon is irradiated to an alkali metal atom. Therefore, frequency fluctuation due to the AC Stark effect can be suppressed, and an oscillator with high frequency stability can be provided. Furthermore, since the wavelength selection unit has a temperature control unit for controlling the temperature of the fiber Bragg grating, the wavelength selection characteristic of the fiber Bragg grating (the wavelength range selected by the fiber Bragg grating) is changed by the thermo-optic effect. Can be made. Thereby, the wavelength selection part can correct | amend the shift | offset | difference of the wavelength selection characteristic of a fiber Bragg grating by a manufacturing error, an environmental change, etc.

本実施形態に係る原子発振器の機能ブロック図。The functional block diagram of the atomic oscillator which concerns on this embodiment. 図２（Ａ）はアルカリ金属原子のΛ型３準位モデルと第１側帯波及び第２側帯波の関係を示す図、図２（Ｂ）は、光源で発生する第１光の周波数スペクトラムを示す図。FIG. 2A is a diagram showing the relationship between the Λ-type three-level model of alkali metal atoms and the first sideband and second sideband, and FIG. 2B shows the frequency spectrum of the first light generated by the light source. FIG. 波長選択部から射出された第２光の周波数スペクトラムを示す図。The figure which shows the frequency spectrum of the 2nd light inject | emitted from the wavelength selection part. 本実施形態に係る原子発振器の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the atomic oscillator which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光学モジュールの要部を模式的に示す斜視図。The perspective view which shows typically the principal part of the optical module which concerns on this embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、本実施形態に係る光学モジュールおよび原子発振器について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る原子発振器は、本実施形態に係る光学モジュールを含む。図１は、本実施形態に係る原子発振器１の機能ブロック図である。原子発振器１は、量子干渉効果を利用した発振器である。   First, an optical module and an atomic oscillator according to this embodiment will be described with reference to the drawings. The atomic oscillator according to the present embodiment includes the optical module according to the present embodiment. FIG. 1 is a functional block diagram of an atomic oscillator 1 according to this embodiment. The atomic oscillator 1 is an oscillator using a quantum interference effect.

原子発振器１は、光学モジュール２と、制御部５０と、を含む。   The atomic oscillator 1 includes an optical module 2 and a control unit 50.

光学モジュール２は、光源１０と、波長選択部２０と、ガスセル３０と、光検出部４０と、を含む。   The optical module 2 includes a light source 10, a wavelength selection unit 20, a gas cell 30, and a light detection unit 40.

光源１０は、所定の中心波長（中心周波数）を有する基本波Ｆと、互いに異なる波長を有する第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２と、を含む第１光Ｌ１を発生させる。   The light source 10 generates first light L1 including a fundamental wave F having a predetermined center wavelength (center frequency), and a first sideband wave W1 and a second sideband wave W2 having different wavelengths.

波長選択部２０は、第１光Ｌ１から第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２を選択し、第２光Ｌ２として射出する。波長選択部２０は、所定の波長範囲の光を選択して射出するファイバーブラッググレーティング（以下、「ＦＢＧ」ともいう）２０ａと、ＦＢＧ２０ａの温度を制御するための温度制御部２０ｂと、を有する。温度制御部２０ｂは、ＦＢＧ２０ａの温度を制御することにより、ＦＢＧ２０ａが選択する波長範囲（波長選択特性）を変化させることができる。   The wavelength selector 20 selects the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 from the first light L1, and emits them as the second light L2. The wavelength selection unit 20 includes a fiber Bragg grating (hereinafter also referred to as “FBG”) 20 a that selects and emits light in a predetermined wavelength range, and a temperature control unit 20 b that controls the temperature of the FBG 20 a. The temperature control unit 20b can change the wavelength range (wavelength selection characteristics) selected by the FBG 20a by controlling the temperature of the FBG 20a.

ガスセル３０は、アルカリ金属ガスを封入しており、ガスセル３０には、第２光Ｌ２が照射される。   The gas cell 30 encloses an alkali metal gas, and the gas cell 30 is irradiated with the second light L2.

光検出部４０は、ガスセル３０を透過した第２光Ｌ２の強度を検出する。   The light detection unit 40 detects the intensity of the second light L2 that has passed through the gas cell 30.

制御部５０は、光検出部４０の検出結果に基づいて、第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２の波長（周波数）差が、ガスセル３０に封入されたアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数に等しくなるように制御する。制御部５０は、光検出部４０の検出結果に基づいて、変調周波数ｆｍを有する検出信号を発生させる。そして、光源１０は、この検出信号に基づいて所定の周波数ｆ０を有する基本波Ｆを変調して、周波数ｆ１＝ｆ０＋ｆｍを有する第１側帯波Ｗ１、および周波数ｆ２＝ｆ０−ｆｍを有する第２側帯波Ｗ２を発生させる。 Based on the detection result of the light detection unit 40, the control unit 50 determines that the difference in wavelength (frequency) between the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 is two ground levels of alkali metal atoms enclosed in the gas cell 30. The frequency is controlled to be equal to the frequency corresponding to the energy difference. Control unit 50 based on the detection result of the optical detection unit 40, generates a detection signal having a modulation frequency f m. The light source 10 modulates the fundamental wave F having a predetermined frequency f 0 based on the detection signal, the first sideband W1 having a frequency f 1 = f 0 + f m, and the frequency f 2 = f 0 generating a second sideband wave W2 having -f m.

図２（Ａ）は、アルカリ金属原子のΛ型３準位モデルと第１側帯波Ｗ１及び第２側帯波Ｗ２の関係を示す図である。図２（Ｂ）は、光源１０で発生する第１光Ｌ１の周波数スペクトラムを示す図である。   FIG. 2A is a diagram showing the relationship between the Λ-type three-level model of alkali metal atoms and the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2. FIG. 2B is a diagram showing a frequency spectrum of the first light L1 generated by the light source 10. As shown in FIG.

図２（Ｂ）に示すように、光源１０において発生する第１光Ｌ１は、中心周波数ｆ０（＝ｖ／λ０：ｖは光の速度、λ０はレーザー光の中心波長）を有する基本波Ｆと、中心周波数ｆ０に対して上側サイドバンドに周波数ｆ１を有する第１側帯波Ｗ１と、中心周波数ｆ０に対して下側サイドバンドに周波数ｆ２を有する第２側帯波Ｗ２と、を含む。第１側帯波Ｗ１の周波数ｆ１は、ｆ１＝ｆ０＋ｆｍであり、第２側帯波Ｗ２の周波数ｆ２は、ｆ２＝ｆ０−ｆｍである。 As shown in FIG. 2B, the first light L1 generated in the light source 10 has a basic frequency f 0 (= v / λ 0 : v is the speed of light, and λ 0 is the center wavelength of the laser light). and wave F, the first sideband W1 having a frequency f 1 to the upper sideband with respect to the center frequency f 0, and the second sideband wave W2 having a frequency f 2 to the lower sideband with respect to the center frequency f 0 ,including. Frequency f 1 of the first sideband W1 is f 1 = f 0 + f m , the frequency f 2 of the second sideband wave W2 is f 2 = f 0 -f m.

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、第１側帯波Ｗ１の周波数ｆ１と第２側帯波Ｗ２の周波数ｆ２との周波数差が、アルカリ金属原子の基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２のエネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数と一致している。したがって、アルカリ金属原子は、周波数ｆ１を有する第１側帯波Ｗ１と周波数ｆ２を有する第２側帯波Ｗ２によってＥＩＴ現象を起こす。 As shown in FIG. 2 (A) and FIG. 2 (B), the frequency difference between the frequency f 2 of the frequency f 1 and the second sideband wave W2 of the first sideband W1 is a ground level GL1 alkali metal atom It coincides with the frequency corresponding to the energy difference Delta] E 12 ground levels GL2. Thus, alkali metal atom, causes EIT phenomenon by the second sideband wave W2 having a first sideband wave W1 and the frequency f 2 having a frequency f 1.

ここで、ＥＩＴ現象について説明する。アルカリ金属原子と光との相互作用は、Λ型３準位系モデルで説明できることが知られている。図２（Ａ）に示すように、アルカリ金属原子は２つの基底準位を有し、基底準位ＧＬ１と励起準位とのエネルギー差に相当する波長（周波数ｆ１）を有する第１側帯波Ｗ１、あるいは基底準位ＧＬ２と励起準位とのエネルギー差に相当する波長（周波数ｆ２）を有する第２側帯波Ｗ２を、それぞれ単独でアルカリ金属原子に照射すると、光吸収が起きる。ところが、図２（Ｂ）に示すように、このアルカリ金属原子に、周波数差ｆ１−ｆ２が基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２のエネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数と正確に一致する第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２を同時に照射すると、２つの基底準位の重ね合わせ状態、即ち量子干渉状態になり、励起準位への励起が停止して第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２がアルカリ金属原子を透過する透明化現象（ＥＩＴ現象）が起きる。このＥＩＴ現象を利用し、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２との周波数差ｆ１−ｆ２が基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２のエネルギー差ΔＥ１２に相当する周波数からずれた時の光吸収挙動の急峻な変化を検出し制御することで、高精度な発振器をつくることができる。 Here, the EIT phenomenon will be described. It is known that the interaction between alkali metal atoms and light can be explained by a Λ-type three-level model. As shown in FIG. 2A, the alkali metal atom has two ground levels, and a first sideband having a wavelength (frequency f 1 ) corresponding to the energy difference between the ground level GL1 and the excited level. When an alkali metal atom is irradiated with W1 or a second sideband wave W2 having a wavelength (frequency f 2 ) corresponding to the energy difference between the ground level GL2 and the excitation level, light absorption occurs. However, as shown in FIG. 2B, the frequency difference f 1 -f 2 exactly matches the frequency corresponding to the energy difference ΔE 12 between the ground level GL 1 and the ground level GL 2. When the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 are irradiated at the same time, the two base levels are superposed, that is, a quantum interference state, and the excitation to the excitation level is stopped and the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 A transparency phenomenon (EIT phenomenon) in which the sideband wave W2 passes through the alkali metal atom occurs. When the EIT phenomenon utilizing a frequency difference f 1 -f 2 between the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 is shifted from the frequency corresponding to the energy difference Delta] E 12 ground levels GL1 and ground level GL2 By detecting and controlling a steep change in the light absorption behavior of the laser, a highly accurate oscillator can be produced.

しかし、図２（Ｂ）に示した第１光Ｌ１がガスセル３０に直接照射されると、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２と同時に、基本波Ｆがガスセル３０すなわちアルカリ金属原子に照射されることになる。ＥＩＴ現象に寄与しない基本波Ｆがアルカリ金属原子に照射されると、ＡＣシュタルク効果により、アルカリ金属原子が吸収する光の波長（周波数）が変化する。これにより、アルカリ金属原子を透過する第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２の量が変化してしまう。ＥＩＴ現象を利用した発振器においては、アルカリ金属原子を透過する第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２の量を検知することで変調周波数ｆｍを安定化させ、この変調周波数ｆｍを発信器の出力として利用することにより、発信器の周波数安定度を高めている。従って、基本波Ｆによって生じるＡＣシュタルク効果は、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２の検知精度を低下させ、変調周波数ｆｍの安定度を低下させる。すなわち、発信器の周波数安定度を低下させてしまう。   However, when the first light L1 shown in FIG. 2B is directly applied to the gas cell 30, the fundamental wave F is applied to the gas cell 30, that is, the alkali metal atoms simultaneously with the first sideband W1 and the second sideband W2. Will be. When an alkali metal atom is irradiated with a fundamental wave F that does not contribute to the EIT phenomenon, the wavelength (frequency) of light absorbed by the alkali metal atom changes due to the AC Stark effect. Thereby, the quantity of the 1st sideband wave W1 and the 2nd sideband wave W2 which permeate | transmit an alkali metal atom will change. In an oscillator using the EIT phenomenon, the modulation frequency fm is stabilized by detecting the amount of the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 that pass through the alkali metal atom, and this modulation frequency fm is output from the transmitter. As a result, the frequency stability of the transmitter is increased. Therefore, the AC Stark effect generated by the fundamental wave F decreases the detection accuracy of the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2, and decreases the stability of the modulation frequency fm. That is, the frequency stability of the transmitter is lowered.

図３は、波長選択部２０から射出された第２光Ｌ２の周波数スペクトラムを示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a frequency spectrum of the second light L2 emitted from the wavelength selection unit 20.

第２光Ｌ２は、第１光Ｌ１と比べて、基本波Ｆが消滅または基本波Ｆの強度が減少した光である。図３の例では、第２光Ｌ２は、中心周波数ｆ０に対して上側サイドバンドに周波数ｆ１を有する第１側帯波Ｗ１、および中心周波数ｆ０に対して下側サイドバンドに周波数ｆ２を有する第２側帯波Ｗ２のみを有している。このように、光学モジュール２では、波長選択部２０によって、基本波Ｆの強度を減少または基本波Ｆを消滅させることができる。 The second light L2 is light in which the fundamental wave F disappears or the intensity of the fundamental wave F decreases compared to the first light L1. FIG The third example, the second light L2, the center frequency the first sideband having a frequency f 1 to the upper sideband with respect to f 0 W1, and the center frequency f 2 to the lower sideband with respect to the frequency f 0 Only the second sideband W2 having Thus, in the optical module 2, the wavelength selector 20 can reduce the intensity of the fundamental wave F or eliminate the fundamental wave F.

以下、本実施形態の原子発振器のより具体的な構成について説明する。   Hereinafter, a more specific configuration of the atomic oscillator of this embodiment will be described.

図４は、原子発振器１の構成を示すブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the atomic oscillator 1.

原子発振器１は、図４に示すように、光学モジュール２と、電流駆動回路１５０と、変調回路１６０と、を含む。   As shown in FIG. 4, the atomic oscillator 1 includes an optical module 2, a current drive circuit 150, and a modulation circuit 160.

光学モジュール２は、半導体レーザー１１０と、波長選択装置１２０と、ガスセル１３０と、光検出器１４０と、を含む。   The optical module 2 includes a semiconductor laser 110, a wavelength selection device 120, a gas cell 130, and a photodetector 140.

半導体レーザー１１０は、所定の中心波長を有する基本波Ｆと、互いに異なる波長を有する第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２と、を含む第１光Ｌ１を発生させる。半導体レーザー１１０が出射するレーザー光（第１光Ｌ１）は、電流駆動回路１５０が出力する駆動電流によって中心周波数ｆ０（中心波長λ０）が制御され、変調回路１６０の出力信号（変調信号）によって変調がかけられる。すなわち、電流駆動回路１５０による駆動電流に、変調信号の周波数成分を有する交流電流を重畳することにより、半導体レーザー１１０が出射する第１光Ｌ１に変調をかけることができる。これにより、第１光Ｌ１には、第１側帯波Ｗ１、および第２側帯波Ｗ２が生成される。半導体レーザー１１０において発生する光は、可干渉性を有するため、量子干渉効果を得るために好適である。 The semiconductor laser 110 generates the first light L1 including the fundamental wave F having a predetermined center wavelength and the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 having different wavelengths. The center frequency f 0 (center wavelength λ 0 ) of the laser light (first light L 1) emitted from the semiconductor laser 110 is controlled by the drive current output from the current drive circuit 150, and the output signal (modulation signal) of the modulation circuit 160. Is modulated by. That is, the first light L1 emitted from the semiconductor laser 110 can be modulated by superimposing the alternating current having the frequency component of the modulation signal on the drive current generated by the current drive circuit 150. Thereby, the 1st sideband wave W1 and the 2nd sideband wave W2 are produced | generated by the 1st light L1. Since light generated in the semiconductor laser 110 has coherence, it is suitable for obtaining a quantum interference effect.

図２（Ｂ）に示すように、第１光Ｌ１は、中心周波数ｆ０（＝ｖ／λ０：ｖは光の速度、λ０は第１光Ｌ１の中心波長）を有する基本波Ｆと、中心周波数ｆ０に対して上側サイドバンドに周波数ｆ１を有する第１側帯波Ｗ１と、中心周波数ｆ０に対して下側サイドバンドに周波数ｆ２を有する第２側帯波Ｗ２と、を含む。第１側帯波Ｗ１の周波数ｆ１は、ｆ１＝ｆ０＋ｆｍであり、第２側帯波Ｗ２の周波数ｆ２は、ｆ２＝ｆ０−ｆｍである。 As shown in FIG. 2B, the first light L1 includes a fundamental wave F having a center frequency f 0 (= v / λ 0 : v is the speed of light, and λ 0 is the center wavelength of the first light L1). includes a first sideband W1 having a frequency f 1 to the upper sideband with respect to the center frequency f 0, and the second sideband wave W2 having a frequency f 2 to the lower sideband with respect to the center frequency f 0, the . Frequency f 1 of the first sideband W1 is f 1 = f 0 + f m , the frequency f 2 of the second sideband wave W2 is f 2 = f 0 -f m.

波長選択装置１２０は、第１光Ｌ１から第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２を選択し、第２光Ｌ２として射出する。波長選択装置１２０は、所定の波長範囲の光を選択して射出するＦＢＧ１２０ａと、ＦＢＧ１２０ａの温度を制御するための温度制御装置１２０ｂと、を有する。   The wavelength selection device 120 selects the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 from the first light L1, and emits them as the second light L2. The wavelength selection device 120 includes an FBG 120a that selects and emits light in a predetermined wavelength range, and a temperature control device 120b that controls the temperature of the FBG 120a.

ＦＢＧ１２０ａは、第１光から第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２を選択して射出することができる。これにより、ＦＢＧ１２０ａに入射した第１光Ｌ１の基本波Ｆの強度を減少または基本波Ｆを消滅させて、第２光Ｌ２として射出することができる。すなわち、第２光Ｌ２では、第１光Ｌ１と比べて、基本波Ｆの強度が減少または基本波Ｆが消滅している。図３の例では、第２光Ｌ２は、第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２のみを有している。   The FBG 120a can select and emit the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 from the first light. Accordingly, the intensity of the fundamental wave F of the first light L1 incident on the FBG 120a can be reduced or the fundamental wave F can be extinguished and emitted as the second light L2. That is, in the second light L2, the intensity of the fundamental wave F decreases or the fundamental wave F disappears compared to the first light L1. In the example of FIG. 3, the second light L2 has only the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2.

温度制御装置１２０ｂは、熱光学効果によって、ＦＢＧ１２０ａが選択する波長範囲（波長選択特性）を変化させることができる。ここで、熱光学効果とは、物質の光に対する屈折率が、外部より熱を加えることによって変化する現象をいう。具体的には、温度制御装置１２０ｂは、ＦＢＧ１２０ａの温度を制御することにより、ＦＢＧ１２０ａの屈折率を変化させ、ＦＢＧ１２０ａの波長選択特性を制御する。波長選択装置１２０は、温度制御装置１２０ｂによって、製造誤差や環境変化（熱、光など）等によるＦＢＧ１２０ａの波長選択特性のずれを補正することができるため、第１光Ｌ１から第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２を、精度よく選択して射出することができる。   The temperature control device 120b can change the wavelength range (wavelength selection characteristics) selected by the FBG 120a by the thermo-optic effect. Here, the thermo-optic effect refers to a phenomenon in which the refractive index of a substance with respect to light changes when heat is applied from the outside. Specifically, the temperature control device 120b controls the wavelength selection characteristic of the FBG 120a by changing the refractive index of the FBG 120a by controlling the temperature of the FBG 120a. The wavelength selection device 120 can correct the shift in the wavelength selection characteristics of the FBG 120a due to manufacturing errors, environmental changes (heat, light, etc.), etc., by the temperature control device 120b, so that the first sideband W1 from the first light L1. The second sideband wave W2 can be selected and emitted with high accuracy.

温度制御装置１２０ｂは、光検出器１４０の出力信号に基づいて、ＦＢＧ１２０ａの温度を調整し、ＦＢＧ１２０ａの波長選択特性を制御してもよい。光モジュール２では、例えば、ＦＢＧ１２０ａ、ガスセル１３０、光検出器１４０、温度制御装置１２０ｂを通るフィードバックループによりＦＢＧ１２０ａの温度が調整され、ＦＢＧ１２０ａの波長選択特性が制御される。   The temperature control device 120b may adjust the temperature of the FBG 120a based on the output signal of the photodetector 140 and control the wavelength selection characteristics of the FBG 120a. In the optical module 2, for example, the temperature of the FBG 120a is adjusted by a feedback loop passing through the FBG 120a, the gas cell 130, the photodetector 140, and the temperature control device 120b, and the wavelength selection characteristics of the FBG 120a are controlled.

また、温度制御装置１２０ｂは、予め取得されたＦＢＧ１２０ａの波長選択特性のずれのデータに基づいて、ＦＢＧ１２０ａの温度を調整し、ＦＢＧ１２０ａの波長選択特性のずれを補正してもよい。   Further, the temperature control device 120b may adjust the temperature of the FBG 120a based on the previously acquired data on the shift of the wavelength selection characteristic of the FBG 120a to correct the shift of the wavelength selection characteristic of the FBG 120a.

ガスセル１３０は、容器中に気体状のアルカリ金属原子（ナトリウム（Ｎａ）原子、ルビジウム（Ｒｂ）原子、セシウム（Ｃｓ）原子等）が封入されたものである。ガスセル１３０には、波長選択装置１２０から射出された第２光Ｌ２が照射される。   The gas cell 130 is a container in which gaseous alkali metal atoms (sodium (Na) atoms, rubidium (Rb) atoms, cesium (Cs) atoms, etc.) are sealed. The gas cell 130 is irradiated with the second light L2 emitted from the wavelength selection device 120.

このガスセル１３０に対して、アルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数（波長）差を有する２つの光波（第１側帯波および第２側帯波）が照射されると、アルカリ金属原子がＥＩＴ現象を起こす。例えば、アルカリ金属原子がセシウム原子であれば、Ｄ１線における基底準位ＧＬ１と基底準位ＧＬ２のエネルギー差に相当する周波数が９．１９２６３・・・ＧＨｚなので、周波数差が９．１９２６３・・・ＧＨｚの２つの光波が照射されるとＥＩＴ現象を起こす。 When the gas cell 130 is irradiated with two light waves (first sideband and second sideband) having a frequency (wavelength) difference corresponding to the energy difference between the two ground levels of alkali metal atoms, Metal atoms cause the EIT phenomenon. For example, if the alkali metal atom is a cesium atom, the frequency corresponding to the energy difference between the ground level GL1 and the ground level GL2 in the D1 line is 9.19263... GHz, so the frequency difference is 9.19263. When two light waves of GHz are irradiated, an EIT phenomenon occurs.

光検出器１４０は、ガスセル１３０を透過した第２光Ｌ２を検出し、検出した光の量に応じた信号強度の信号を出力する。光検出器１４０の出力信号は、電流駆動回路１５０および変調回路１６０に入力される。また、光検出器１４０の出力信号は、さらに、温度制御装置１２０ｂに入力されてもよい。光検出器１４０は、例えば、フォトダイオードである。   The photodetector 140 detects the second light L2 that has passed through the gas cell 130, and outputs a signal having a signal intensity corresponding to the detected amount of light. The output signal of the photodetector 140 is input to the current drive circuit 150 and the modulation circuit 160. Further, the output signal of the photodetector 140 may be further input to the temperature control device 120b. The photodetector 140 is, for example, a photodiode.

電流駆動回路１５０は、光検出器１４０の出力信号に応じた大きさの駆動電流を発生させて半導体レーザー１１０に供給し、第１光Ｌ１の中心周波数ｆ０（中心波長λ０）を制御する。半導体レーザー１１０、波長選択装置１２０、ガスセル１３０、光検出器１４０、電流駆動回路１５０を通るフィードバックループにより第１光の中心周波数ｆ０（中心波長λ０）が微調整されて安定する。 The current drive circuit 150 generates a drive current having a magnitude corresponding to the output signal of the photodetector 140, supplies the drive current to the semiconductor laser 110, and controls the center frequency f 0 (center wavelength λ 0 ) of the first light L1. . The center frequency f 0 (center wavelength λ 0 ) of the first light is finely adjusted and stabilized by a feedback loop passing through the semiconductor laser 110, the wavelength selection device 120, the gas cell 130, the photodetector 140, and the current drive circuit 150.

変調回路１６０は、光検出器１４０の出力信号に応じた変調周波数ｆｍを有する変調信号を発生させる。この変調信号は、光検出器１４０の出力信号が最大になるように変調周波数ｆｍが微調整されながら半導体レーザー１１０に供給される。半導体レーザー１１０が出射するレーザー光は、変調信号により変調がかけられ、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２を発生させる。 Modulation circuit 160 generates a modulated signal having a modulation frequency f m corresponding to the output signal of the photodetector 140. The modulated signal, the output signal of the photodetector 140 is the modulation frequency f m to maximize is supplied to the semiconductor laser 110 while being finely adjusted. Laser light emitted from the semiconductor laser 110 is modulated by a modulation signal, and generates a first sideband wave W1 and a second sideband wave W2.

なお、半導体レーザー１１０、波長選択装置１２０、ガスセル１３０、光検出器１４０は、それぞれ図１の光源１０、波長選択部２０、ガスセル３０、光検出部４０に対応する。また、ＦＢＧ１２０ａは、図１のＦＢＧ２０ａに対応し、温度制御装置１２０ｂは、図１の温度制御部２０ｂに対応する。また、電流駆動回路１５０、変調回路１６０は、図１の制御部５０に対応する。   The semiconductor laser 110, the wavelength selection device 120, the gas cell 130, and the photodetector 140 correspond to the light source 10, the wavelength selection unit 20, the gas cell 30, and the light detection unit 40 of FIG. Further, the FBG 120a corresponds to the FBG 20a of FIG. 1, and the temperature control device 120b corresponds to the temperature control unit 20b of FIG. The current driving circuit 150 and the modulation circuit 160 correspond to the control unit 50 in FIG.

このような構成の原子発振器１において、半導体レーザー１１０が発生させる第１光Ｌ１の第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２の周波数差がガスセル１３０に含まれるアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数と正確に一致しなければ、アルカリ金属原子がＥＩＴ現象を起こさないため、第１側帯波Ｗ１と照射光Ｗ２の周波数に応じて光検出器１４０の検出量は極めて敏感に変化する（検出量が増加する）。そのため、半導体レーザー１１０、波長選択装置１２０、ガスセル１３０、光検出器１４０、および変調回路１６０を通るフィードバックループにより、第１側帯波Ｗ１と第２側帯波Ｗ２との周波数差がアルカリ金属原子の２つの基底準位のエネルギー差に相当する周波数と極めて正確に一致するようにフィードバック制御がかかる。その結果、変調周波数は極めて安定した周波数になるので、変調信号を原子発振器１の出力信号（クロック出力）とすることができる。   In the atomic oscillator 1 having such a configuration, the frequency difference between the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 of the first light L1 generated by the semiconductor laser 110 is the two ground levels of alkali metal atoms contained in the gas cell 130. Since the alkali metal atom does not cause the EIT phenomenon if it does not exactly match the frequency corresponding to the energy difference between the first sideband W1 and the irradiation light W2, the detection amount of the photodetector 140 is extremely sensitive. (Detection amount increases). Therefore, due to the feedback loop passing through the semiconductor laser 110, the wavelength selection device 120, the gas cell 130, the photodetector 140, and the modulation circuit 160, the frequency difference between the first sideband W1 and the second sideband W2 is 2 of alkali metal atoms. Feedback control is applied so as to match the frequency corresponding to the energy difference between the two ground levels very accurately. As a result, since the modulation frequency becomes a very stable frequency, the modulation signal can be used as the output signal (clock output) of the atomic oscillator 1.

図５は、光学モジュール２の要部（半導体レーザー１１０および波長選択装置１２０）を模式的に示す斜視図である。   FIG. 5 is a perspective view schematically showing main parts (semiconductor laser 110 and wavelength selection device 120) of the optical module 2. As shown in FIG.

半導体レーザー１１０としては、例えば、面発光型レーザーを用いることができる。面発光型レーザーは、端面発光型レーザーと比べて、ゲインを生じさせるための電流が少ないため、低消費電力化を図ることができる。なお、半導体レーザー１１０として、端面発光型レーザーを用いてもよい。半導体レーザー１１０から出射された光Ｌ１は、図５に示すように、光学素子１７０によって集光され、ＦＢＧ１２０ａに入射する。光学素子１７０は、図示の例では、半導体レーザー１１０から出射される光Ｌ１を集光して、ＦＢＧ１２０ａに入射させるためのレンズである。   As the semiconductor laser 110, for example, a surface emitting laser can be used. Since the surface emitting laser has less current for generating a gain than the edge emitting laser, the power consumption can be reduced. Note that an edge-emitting laser may be used as the semiconductor laser 110. As shown in FIG. 5, the light L1 emitted from the semiconductor laser 110 is collected by the optical element 170 and enters the FBG 120a. In the illustrated example, the optical element 170 is a lens for condensing the light L1 emitted from the semiconductor laser 110 and causing the light L1 to enter the FBG 120a.

ＦＢＧ１２０ａは、光ファイバーのコアに周期的な屈折率変化を与えたものである。そのため、光ファイバーの長手方向に周期的な屈折率変調が得られ、周期に合致した波長範囲の光信号（基本波Ｆ）は反射され、他の波長範囲の光信号（第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２）は、この周期的な屈折率変動を感知せずに通過する。すなわち、ＦＢＧ１２０ａでは、第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２に対する反射率が小さく、基本波Ｆに対する反射率が大きい。したがって、ＦＢＧ１２０ａは、基本波Ｆを反射させ、第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２を透過させることができる。ＦＢＧ１２０ａは、光ファイバーを用いているため、変形が容易であり、設計の自由度を向上できる。ＦＢＧ１２０ａは、例えば、ボビン（図示しない）に巻き付けられていてもよい。   The FBG 120a is obtained by periodically changing the refractive index of the optical fiber core. Therefore, periodic refractive index modulation is obtained in the longitudinal direction of the optical fiber, the optical signal (fundamental wave F) in the wavelength range matching the period is reflected, and the optical signals in the other wavelength ranges (first sideband W1 and first wave The two sidebands W2) pass through without sensing this periodic refractive index variation. That is, in the FBG 120a, the reflectance for the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 is small, and the reflectance for the fundamental wave F is large. Therefore, the FBG 120a can reflect the fundamental wave F and transmit the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2. Since the FBG 120a uses an optical fiber, the FBG 120a can be easily deformed, and the degree of design freedom can be improved. The FBG 120a may be wound around a bobbin (not shown), for example.

ＦＢＧ１２０ａは、図５に示すように、温度制御装置１２０ｂの発熱体１２２の上方に配置されている。なお、ＦＢＧ１２０ａと温度制御装置１２０ｂの発熱体１２２との間の位置関係は特に限定されず、発熱体１２２で発生した熱がＦＢＧ１２０ａに伝わるように各々が配置されていればよい。ＦＢＧ１２０ａは、入射した第１光Ｌ１から第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２を選択して透過させることができる。   As shown in FIG. 5, the FBG 120a is disposed above the heating element 122 of the temperature control device 120b. Note that the positional relationship between the FBG 120a and the heating element 122 of the temperature control device 120b is not particularly limited as long as the heat is generated by the heating element 122 to be transmitted to the FBG 120a. The FBG 120a can selectively transmit the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 from the incident first light L1.

温度制御装置１２０ｂは、ＦＢＧ１２０ａに熱を供給するための発熱体１２２を有している。温度制御装置１２０ｂから供給された熱によりＦＢＧ１２０ａの温度が変化すると、熱光学効果が生じてＦＢＧ１２０ａの屈折率が変化し、ＦＢＧ１２０ａの波長選択特性（ＦＢＧが選択する波長範囲）が変化する。発熱体１２２は、例えば、所定の抵抗値を有し、電流が流れることにより発熱する抵抗体である。温度制御装置１２０ｂは、この発熱体（抵抗体）１２２に流れる電流量を制御することにより、発熱体１２２の温度を調整し、ＦＢＧ１２０ａの温度を制御することができる。なお、温度制御装置１２０ｂは、ＦＢＧ１２０ａの温度を制御できれば特に限定されず、公知のホットプレート等を用いてもよい。   The temperature control device 120b has a heating element 122 for supplying heat to the FBG 120a. When the temperature of the FBG 120a changes due to the heat supplied from the temperature control device 120b, a thermo-optic effect occurs, the refractive index of the FBG 120a changes, and the wavelength selection characteristics (wavelength range selected by the FBG) of the FBG 120a change. The heating element 122 is, for example, a resistor that has a predetermined resistance value and generates heat when a current flows. The temperature control device 120b can adjust the temperature of the heating element 122 and control the temperature of the FBG 120a by controlling the amount of current flowing through the heating element (resistor) 122. The temperature control device 120b is not particularly limited as long as the temperature of the FBG 120a can be controlled, and a known hot plate or the like may be used.

光学モジュール２および原子発振器１は、例えば、以下の特徴を有する。   The optical module 2 and the atomic oscillator 1 have the following features, for example.

光学モジュール２によれば、波長選択装置１２０が、第１光Ｌ１の基本波Ｆの強度を減少または基本波Ｆを消滅させることができる。これにより、ＥＩＴ現象に寄与しない基本波Ｆがアルカリ金属原子に照射されることを抑制または防止できる。したがって、ＡＣシュタルク効果による周波数変動を抑制することができ、周波数安定度の高い発振器を提供できる。   According to the optical module 2, the wavelength selection device 120 can reduce the intensity of the fundamental wave F of the first light L1 or eliminate the fundamental wave F. Thereby, it can suppress or prevent that the fundamental wave F which does not contribute to an EIT phenomenon is irradiated to an alkali metal atom. Therefore, frequency fluctuation due to the AC Stark effect can be suppressed, and an oscillator with high frequency stability can be provided.

光学モジュール２によれば、波長選択装置１２０が、ＦＢＧ１２０ａの選択する波長範囲を変化させる温度制御装置１２０ｂを有しているため、製造誤差や環境変化（熱、光など）によるＦＢＧ１２０ａの波長選択特性（ＦＢＧが選択する波長範囲）のずれを補正することができる。したがって、波長選択装置１２０は、第１光Ｌ１から第１側帯波Ｗ１および第２側帯波Ｗ２を、精度よく選択して射出することができる。   According to the optical module 2, since the wavelength selection device 120 has the temperature control device 120b that changes the wavelength range selected by the FBG 120a, the wavelength selection characteristics of the FBG 120a due to manufacturing errors and environmental changes (heat, light, etc.). It is possible to correct a shift in the wavelength range selected by the FBG. Therefore, the wavelength selector 120 can select and emit the first sideband wave W1 and the second sideband wave W2 from the first light L1 with high accuracy.

ＦＢＧ１２０ａの波長選択特性は、光ファイバーのコアに与えられた周期的な屈折率変化に依存する。ＦＢＧ１２０ａの製造工程において、光ファイバーのコアに周期的な屈折率変化を精度よく与えることは困難であり、ＦＢＧ１２０ａに製造誤差が生じる場合がある。このような場合であっても、波長選択装置１２０は、温度制御装置１２０ｂを有するため、この製造誤差に起因する波長選択特性のずれを補正することができる。   The wavelength selection characteristic of the FBG 120a depends on a periodic refractive index change applied to the core of the optical fiber. In the manufacturing process of the FBG 120a, it is difficult to accurately give a periodic refractive index change to the core of the optical fiber, and a manufacturing error may occur in the FBG 120a. Even in such a case, since the wavelength selection device 120 includes the temperature control device 120b, it is possible to correct a shift in wavelength selection characteristics due to the manufacturing error.

光学モジュール２では、温度制御装置１２０ｂが、熱光学効果によって、ＦＢＧ１２０ａの波長選択特性を変化させることができる。これにより、ＦＢＧ１２０ａの波長選択特性を、容易に制御できる。さらに、温度制御装置１２０ｂは、発熱体（抵抗体）を含んで構成されている。したがって、波長選択装置１２０を簡易な構成とすることができる。   In the optical module 2, the temperature control device 120b can change the wavelength selection characteristics of the FBG 120a by the thermo-optic effect. Thereby, the wavelength selection characteristic of the FBG 120a can be easily controlled. Furthermore, the temperature control device 120b includes a heating element (resistor). Therefore, the wavelength selection device 120 can have a simple configuration.

光学モジュール２では、半導体レーザー１１０が面発光型レーザーであることができる。面発光型レーザーは、端面発光型レーザーと比べて、ゲインを生じさせるための電流が少ないため、低消費電力化を図ることができる。   In the optical module 2, the semiconductor laser 110 can be a surface emitting laser. Since the surface emitting laser has less current for generating a gain than the edge emitting laser, the power consumption can be reduced.

光学モジュール２では、半導体レーザー１１０から出射された光Ｌ１をＦＢＧ１２０ａに入射させるための光学素子１７０を有する。これにより、半導体レーザー１１０で発生した光Ｌ１を、効率よくＦＢＧ１２０ａに導くことができる。   The optical module 2 includes an optical element 170 for causing the light L1 emitted from the semiconductor laser 110 to enter the FBG 120a. Thereby, the light L1 generated by the semiconductor laser 110 can be efficiently guided to the FBG 120a.

原子発振器１では、光学モジュール２を有している。したがって、上述のように、周波数安定度の高めることができる。   The atomic oscillator 1 has an optical module 2. Therefore, as described above, the frequency stability can be increased.

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art will readily understand that many modifications are possible without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.

１ 原子発振器、２ 光学モジュール、１０ 光源、２０ 波長選択部、
２０ａ ファイバーブラッググレーティング、２０ｂ 温度制御部、
３０ ガスセル、４０ 光検出部、５０ 制御部、１１０ 半導体レーザー、
１２０ 波長選択装置、１２０ａ ファイバーブラッググレーティング、
１２０ｂ 温度制御装置、１２２ 発熱体、１３０ ガスセル、１４０ 光検出器、
１５０ 電流駆動回路、１６０ 変調回路、１７０ 光学素子 1 atomic oscillator, 2 optical module, 10 light source, 20 wavelength selector,
20a Fiber Bragg grating, 20b Temperature controller,
30 gas cell, 40 light detector, 50 controller, 110 semiconductor laser,
120 wavelength selection device, 120a fiber Bragg grating,
120b temperature control device, 122 heating element, 130 gas cell, 140 photodetector,
150 current drive circuit, 160 modulation circuit, 170 optical element

Claims (6)

量子干渉効果を利用する原子発振器用の光学モジュールであって、
所定の波長を有する基本波、当該基本波の側帯波、を含む光を出射する光源と、
前記光源からの光が入射し、当該入射した光のうち前記側帯波を透過させる波長選択部と、
アルカリ金属ガスを封入し、前記波長選択部を透過した光が照射されるガスセルと、
前記ガスセルに照射された光のうち前記ガスセルを透過した光の強度を検出する光検出部と、
を含み、
前記波長選択部は、
ファイバーブラッググレーティングと、
前記ファイバーブラッググレーティングの温度を制御する温度制御部と、
を有し、
前記ファイバーブラッググレーティングはボビンに巻きつけられ、
前記ボビンに巻きつけられた前記ファイバーブラッググレーティングは、前記温度制御部によって加熱され、
前記温度制御部は、熱光学効果によって、前記ファイバーブラッググレーティングが透過させる光の波長範囲を変化させ、
前記光源に対する制御信号は、前記光学モジュールの外部から入力され、
前記光検出部の出力信号が前記光学モジュールの出力信号である、ことを特徴とする原子発振器用の光学モジュール。 An optical module for an atomic oscillator using the quantum interference effect,
A light source that emits light including a fundamental wave having a predetermined wavelength, and a sideband of the fundamental wave;
A wavelength selection unit that receives light from the light source and transmits the sideband of the incident light;
A gas cell in which an alkali metal gas is sealed and irradiated with light transmitted through the wavelength selection unit;
A light detector for detecting the intensity of light transmitted through the gas cell among the light irradiated to the gas cell;
Including
The wavelength selector is
With fiber Bragg grating,
A temperature control unit for controlling the temperature of the fiber Bragg grating;
Have
The fiber Bragg grating is wound around a bobbin,
The fiber Bragg grating wound around the bobbin is heated by the temperature control unit,
The temperature control unit changes a wavelength range of light transmitted by the fiber Bragg grating by a thermo-optic effect ,
The control signal for the light source is input from the outside of the optical module,
An optical module for an atomic oscillator , wherein an output signal of the photodetection unit is an output signal of the optical module. 前記温度制御部は、所定の抵抗値を示す抵抗体を有し、
前記抵抗体に流す電流を制御することにより、前記ファイバーブラッググレーティングの温度を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の原子発振器用の光学モジュール。 The temperature control unit has a resistor showing a predetermined resistance value,
2. The optical module for an atomic oscillator according to claim 1, wherein the temperature of the fiber Bragg grating is controlled by controlling a current flowing through the resistor. 前記光源は、面発光型レーザーである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の原子発振器用の光学モジュール。   The optical module for an atomic oscillator according to claim 1, wherein the light source is a surface emitting laser. さらに、前記光源から出射された光を、前記ファイバーブラッググレーティングに入射させる光学素子を有する、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の原子発振器用の光学モジュール。   The optical module for an atomic oscillator according to any one of claims 1 to 3, further comprising an optical element that causes the light emitted from the light source to enter the fiber Bragg grating. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の原子発振器用の光学モジュールを含む、ことを特徴とする原子発振器。   An atomic oscillator comprising the optical module for an atomic oscillator according to any one of claims 1 to 4. 量子干渉効果を利用する原子発振器であって、
所定の波長を有する基本波、当該基本波の側帯波、を含む光を出射する光源と、
前記光源からの光が入射し、当該入射した光のうち前記側帯波を透過させる波長選択部と、
アルカリ金属ガスを封入し、前記波長選択部を透過した光が照射されるガスセルと、
前記ガスセルに照射された光のうち前記ガスセルを透過した光の強度を検出する光検出部と、
前記光検出部からの信号を基にして前記光源に変調信号を出力する変調回路と、
を含み、
前記波長選択部は、
ファイバーブラッググレーティングと、
前記ファイバーブラッググレーティングの温度を制御する温度制御部と、
を有し、
前記ファイバーブラッググレーティングはボビンに巻きつけられ、
前記ボビンに巻きつけられた前記ファイバーブラッググレーティングは、前記温度制御部によって加熱され、
前記温度制御部は、熱光学効果によって、前記ファイバーブラッググレーティングが透過させる光の波長範囲を変化させ、
前記変調信号を前記原子発振器の出力とする、ことを特徴とする原子発振器。 An atomic oscillator that uses the quantum interference effect,
A light source that emits light including a fundamental wave having a predetermined wavelength, and a sideband of the fundamental wave;
A wavelength selection unit that receives light from the light source and transmits the sideband of the incident light;
A gas cell in which an alkali metal gas is sealed and irradiated with light transmitted through the wavelength selection unit;
A light detector for detecting the intensity of light transmitted through the gas cell among the light irradiated to the gas cell;
A modulation circuit that outputs a modulation signal to the light source based on a signal from the light detection unit;
Including
The wavelength selector is
With fiber Bragg grating,
A temperature control unit for controlling the temperature of the fiber Bragg grating;
Have
The fiber Bragg grating is wound around a bobbin,
The fiber Bragg grating wound around the bobbin is heated by the temperature control unit,
The temperature control unit changes a wavelength range of light transmitted by the fiber Bragg grating by a thermo-optic effect ,
An atomic oscillator comprising the modulation signal as an output of the atomic oscillator.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5699467B2 (en) * 2010-07-14 2015-04-08 セイコーエプソン株式会社 Optical module and atomic oscillator
JP5910807B2 (en) 2011-03-14 2016-04-27 セイコーエプソン株式会社 Optical module and atomic oscillator for an atomic oscillator
JP5910808B2 (en) 2011-03-14 2016-04-27 セイコーエプソン株式会社 Optical module and atomic oscillator for an atomic oscillator
JP6056118B2 (en) * 2011-03-23 2017-01-11 セイコーエプソン株式会社 Optical module and atomic oscillator
JP5954540B2 (en) 2012-09-10 2016-07-20 セイコーエプソン株式会社 Atomic cell module, quantum interference device, electronic device, and magnetic field control method for atomic cell
JP6119295B2 (en) * 2013-02-18 2017-04-26 セイコーエプソン株式会社 Quantum interference device, atomic oscillator, and moving object
CN103809426B (en) * 2014-03-13 2017-02-15 北京大学 Single electron atom light clock and preparation method thereof
US10145909B2 (en) * 2014-11-17 2018-12-04 Seiko Epson Corporation Magnetism measuring device, gas cell, manufacturing method of magnetism measuring device, and manufacturing method of gas cell
JP6532295B2 (en) * 2015-05-25 2019-06-19 株式会社メガオプト Multi-wavelength laser oscillation apparatus and multi-wavelength laser oscillation method
FR3072512B1 (en) * 2017-10-17 2021-06-11 Thales Sa IMPROVED RADIOFREQUENCY OSCILLATOR
CN109870431A (en) * 2019-02-25 2019-06-11 桂林电子科技大学 Multi-core optical fiber cell sensor with cone rotary table fibre end structure
CN109946271A (en) * 2019-02-25 2019-06-28 桂林电子科技大学 A kind of multi-core optical fiber cell sensor with non-equilateral pyramid optical fiber end structure
EP4121823A1 (en) * 2020-03-16 2023-01-25 Oxford University Innovation Limited Oscillation device

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3546622A (en) 1965-10-29 1970-12-08 Lockheed Aircraft Corp Laser having controlled frequency translation
US3720882A (en) 1970-08-03 1973-03-13 Research Corp Parametric frequency conversion
US4733397A (en) 1985-08-12 1988-03-22 Electrical Power Research Institute, Inc. Resonant cavity optical modulator
US6201821B1 (en) 2000-06-05 2001-03-13 Agilent Technologies, Inc. Coherent population trapping-based frequency standard having a reduced magnitude of total a.c. stark shift
US6363091B1 (en) 2000-06-05 2002-03-26 Agilent Technologies, Inc Coherent population trapping-based method for generating a frequency standard having a reduced magnitude of total a.c. stark shift
JP2002116473A (en) * 2000-10-05 2002-04-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> High speed wavelength converter
US6806784B2 (en) 2001-07-09 2004-10-19 The National Institute Of Standards And Technology Miniature frequency standard based on all-optical excitation and a micro-machined containment vessel
US6570459B1 (en) 2001-10-29 2003-05-27 Northrop Grumman Corporation Physics package apparatus for an atomic clock
US6900702B2 (en) 2002-08-14 2005-05-31 Honeywell International Inc. MEMS frequency standard for devices such as atomic clock
US7098744B2 (en) 2002-12-18 2006-08-29 Hrl Laboratories, Llc Method and apparatus for generating two frequencies having a frequency separation equal to the atomic frequency of an atomic species
US6993058B2 (en) 2003-04-28 2006-01-31 Agilent Technologies, Inc. Coherent population trapping detector
US20050073690A1 (en) * 2003-10-03 2005-04-07 Abbink Russell E. Optical spectroscopy incorporating a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL)
US7378913B2 (en) 2003-11-26 2008-05-27 Kernco, Inc. Optically excited atomic frequency standard
JP5484672B2 (en) * 2005-11-04 2014-05-07 パナソニック株式会社 Wavelength converter
US8805136B2 (en) 2006-05-08 2014-08-12 Photonics On-Fiber Devices, Inc. On-fiber tunable Bragg gratings for DWDM applications
JP4720635B2 (en) 2006-06-14 2011-07-13 エプソントヨコム株式会社 Atomic oscillator, passive atomic oscillator, temperature control method for atomic oscillator, and temperature control method for passive atomic oscillator
JP2009089116A (en) 2007-10-01 2009-04-23 Epson Toyocom Corp Optical module for atomic oscillator
JP2009164331A (en) 2008-01-07 2009-07-23 Epson Toyocom Corp Atomic oscillator and oscillation device
JP5056419B2 (en) * 2008-01-08 2012-10-24 沖電気工業株式会社 Optical code division multiplexing module and encoding method in optical code division multiplexing
JP4952603B2 (en) 2008-02-05 2012-06-13 セイコーエプソン株式会社 Atomic oscillator
US8237514B2 (en) 2009-02-06 2012-08-07 Seiko Epson Corporation Quantum interference device, atomic oscillator, and magnetic sensor
JP5589166B2 (en) 2009-11-12 2014-09-17 セイコーエプソン株式会社 Atomic oscillator
JP2011181691A (en) * 2010-03-01 2011-09-15 Advantest Corp Pulse laser, optical frequency stabilized laser, measuring device, and measuring method
JP5699467B2 (en) 2010-07-14 2015-04-08 セイコーエプソン株式会社 Optical module and atomic oscillator
JP5910807B2 (en) * 2011-03-14 2016-04-27 セイコーエプソン株式会社 Optical module and atomic oscillator for an atomic oscillator
JP5910808B2 (en) 2011-03-14 2016-04-27 セイコーエプソン株式会社 Optical module and atomic oscillator for an atomic oscillator
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